生物酶的結(jié)構(gòu)和活性研究

1,22 酶的結(jié)構(gòu)與功能,2,20種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸的英文簡(jiǎn)寫(xiě),一、酶的一級(jí)結(jié)構(gòu),3,酶的一級(jí)結(jié)構(gòu):酶分子多肽鏈共價(jià)主鏈的氨基酸排列順序。,多肽鏈氨基酸殘基,4,二、酶的高級(jí)結(jié)構(gòu),1、二級(jí)結(jié)構(gòu)2、三級(jí)結(jié)構(gòu)3、四級(jí)結(jié)構(gòu),5,二級(jí)結(jié)構(gòu),肽鏈的主鏈在空間的走向 多肽鏈通過(guò)氫鍵排列成沿一維方向具有周期性結(jié)構(gòu)的構(gòu)象。,氫鍵是維持二級(jí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的主要作用力,6,三級(jí)結(jié)構(gòu)在二級(jí)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的肽鏈再折疊形成的構(gòu)象。,穩(wěn)定三級(jí)結(jié)構(gòu)的主要作用力:氫鍵、鹽鍵、疏水鍵和二硫鍵,7,四級(jí)結(jié)構(gòu) 組成蛋白質(zhì)的多條肽鏈在天然構(gòu)象空間上的排列方式，多以弱鍵互相連接。疏水力、氫鍵、鹽鍵 每條肽鏈本身具有一定的三級(jí)結(jié)構(gòu)，就是蛋白質(zhì)分子的亞基。,8,酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)決定了酶的高級(jí)結(jié)構(gòu)，而高級(jí)結(jié)構(gòu)則決定了酶的性質(zhì)與功能。,一級(jí)結(jié)構(gòu)決定了各種側(cè)鏈之間的各種相互作用，包括疏水鍵、氫鍵、離子鍵、二硫鍵、配位鍵、范德華力等。,9,酶的多種存在類型,1、單體酶：由一條肽鏈組成，只表現(xiàn)出一種酶活性。2、寡聚酶：由兩個(gè)或兩個(gè)以上亞基組成的酶，具有四級(jí)結(jié)構(gòu) 。3、多酶復(fù)合體：由兩個(gè)或兩個(gè)以上的酶靠共價(jià)鍵連接而成 。4、多酶融合體：指一條多肽鏈上含有兩種或兩種以上催化活性的酶 。,10,三、酶的活性中心,1、活性中心：酶蛋白分子中與催化有關(guān)的一個(gè)特定區(qū)域，它能與底物結(jié)合并發(fā)揮催化作用。,氨基酸殘基分為： 接觸殘基 輔助殘基 結(jié)構(gòu)殘基 非貢獻(xiàn)殘基,非必需基團(tuán),必需基團(tuán),11,一些酶活性中心的必需基團(tuán),活性中心內(nèi)起催化作用的部位稱為催化部位或催化位點(diǎn)，與底物結(jié)合的部位稱為結(jié)合部位或結(jié)合位點(diǎn)。對(duì)于大多數(shù)的酶來(lái)說(shuō)，催化部位和結(jié)合部位都不是只有一個(gè)，有時(shí)可以是有多個(gè)。,12,一般來(lái)說(shuō)，構(gòu)成酶的活性中心的氨基酸殘基主要是接觸殘基和輔助殘基，結(jié)構(gòu)殘基雖然不在酶活性中心范圍之內(nèi)，但它們卻屬于酶活性中心外的必需范圍，如果被其它氨基酸殘基取代，往往會(huì)造成酶的失活。,如前所述，在構(gòu)成酶分子中的氨基酸殘基中只有少數(shù)的氨基酸殘基與酶的催化活性有關(guān)。一個(gè)酶的活性中心一般是相當(dāng)小的，由幾個(gè)到十幾個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，那么對(duì)于酶分子來(lái)說(shuō)如此小的活性中心為什么需要一個(gè)大而復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)才能獲得催化活性呢？,13,為了使催化基團(tuán)和結(jié)合基團(tuán)聚集起來(lái)并保持它們相應(yīng)的空間位置從而賦予活性中心一定的柔性，進(jìn)而具有催化功能就必須有這樣大而復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)來(lái)保證。,活性中心各基團(tuán)的相對(duì)空間位置對(duì)酶活性具有重要的意義。,14,酶活性部位的柔性是酶充分表現(xiàn)其活性所必需的,1、滿足底物結(jié)合誘導(dǎo)的構(gòu)象調(diào)整(誘導(dǎo)契合) ；2、酶的活性基團(tuán)在活性部位必須具有一定的空間取向，以保持一個(gè)適應(yīng)催化反應(yīng)的空間微環(huán)境；3、殘基側(cè)鏈活性基團(tuán)的運(yùn)動(dòng)更有利于催化的高效性；4、某些酶的活性是可調(diào)節(jié)的。,蛋白質(zhì)(酶)分子具有剛?cè)嵯嚅g的空間結(jié)構(gòu),15,2、輔酶因子,有些酶屬于簡(jiǎn)單蛋白質(zhì)，完全由氨基酸殘基組成，如：脲酶、溶菌酶、核糖核酸酶 有些酶除了蛋白質(zhì)成分酶蛋白外，還有非蛋白質(zhì)成分，如：碳酸酐酶、超氧化物歧化酶、細(xì)胞色素氧化酶、乳酸脫氫酶,非蛋白質(zhì)成分的必需基團(tuán),16,與酶蛋白結(jié)合比較疏松，一般為非共價(jià)結(jié)合，可用透析方法除去的稱為輔酶（coenzyme,Co)。與酶結(jié)合牢固，一般為共價(jià)結(jié)合，不能用透析方法出去的稱為輔基（prosthetic group)。,包含輔助因子的酶稱為全酶 。,17,輔助因子既可以是無(wú)機(jī)離子，也可以是有機(jī)化合物。舉例：羧肽酶（從C末端催化水解蛋白質(zhì)）活性需要鋅離子，否則便會(huì)失活，重新加入鋅，活力又可恢復(fù)。,18,生物酶催化的優(yōu)越性(與化學(xué)催化相比)：催化條件溫和催化效率高 高選擇性(底物，區(qū)域，位點(diǎn)，立體)低能耗綠色過(guò)程,四、酶的功能,19,1、酶的高效性,催化反應(yīng)的高效性是指極少量的催化劑就可以使大量的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。酶是自然界中催化活性最高的一類催化劑，生命體內(nèi)發(fā)生的許多化學(xué)反應(yīng)在沒(méi)有催化劑存在的情況下是很難進(jìn)行的，而酶的催化作用可使這些反應(yīng)的反應(yīng)速度提高10E6-10E12倍。,20,2、酶催化的專一性,酶催化作用的專一性是指酶僅僅能催化某一種或某一類物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或者說(shuō)只能作用于某一種或某一類的底物。 例如：蛋白酶只能水解蛋白質(zhì)的肽鏈生產(chǎn)小肽或氨基酸，但不能催化淀粉的水解反應(yīng)，同樣，淀粉酶只能分解淀粉生成糊精或葡萄糖，而不能作用于其它物質(zhì)。,21,(1)、反應(yīng)專一性： 酶一般只能選擇性地催化一種或一類相同類型的化學(xué)反應(yīng)，酶催化反應(yīng)幾乎沒(méi)有副反應(yīng)。,22,(2)、底物專一性,一種酶只能作用于某一種或某一類結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相似的物質(zhì)，而根據(jù)酶對(duì)底物專一性的程度和類型，大致上又可分為以下幾類： 結(jié)構(gòu)專一性 “絕對(duì)專一性”(例如脲酶只能催化尿素水解，而對(duì)尿素的類似物卻均無(wú)作用) “相對(duì)專一性”(如胰凝乳蛋白酶選擇性地水解含有芳香側(cè)鏈的氨基酸殘基形成的肽鏈)。,23,立體專一性，酶的一個(gè)重要特征是能專一性地與手性底物結(jié)合并催化這類底物發(fā)生反應(yīng)。在酶催化反應(yīng)中，還存在潛手性例子，雖然底物本身不具有手性，但反應(yīng)卻是立體專一性的。 幾何專一性，某些酶只能選擇性地催化某種幾何異構(gòu)體底物的反應(yīng)，而對(duì)另一種構(gòu)型的底物卻沒(méi)有催化作用，如延胡索酸水合酶只能催化延胡索酸水合生成蘋(píng)果酸，而對(duì)馬來(lái)酸則不起作用。例如